一種npn型集電極開路三相輸出式光電編碼器的製作方法

2023-05-19 21:12:46

專利名稱：一種npn型集電極開路三相輸出式光電編碼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光電編碼器，尤其是涉及一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器。
背景技術：
隨著國內自動化設備生產量的增加，對增量式NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器的需求也隨之增多。但在24V直流環境下，國內外同類產品質量性能都非常不穩定，產品外殼發燙，體感溫度大約在50攝氏度左右。此電壓環境下產品一年內連續工作報廢率大概在40%以上，嚴重影響了產品的可靠性，產品的質量差，使用壽命短，更換成本高。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其結構緊湊，設計新穎合理，加工製作方便，發熱小，散熱性能好，質量好，工作可靠性高，工作壽命長，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於包括一端敞口的外殼和固定連接在所述外殼敞口端的基座，以及設置在由所述外殼和基座構成的空腔內的信號處理電路板，所述基座上安裝有軸承，所述軸承上安裝有一端位於所述外殼外部且另一端位於所述外殼內部的轉軸，位於所述外殼內部的一段轉軸上固定連接有碼盤底座，所述碼盤底座上固定連接有碼盤，位於所述碼盤底座下方的基座上固定連接有光電模塊，所述光電模塊上設置有供碼盤插入的凹槽，所述光電模塊內集成有光發射器和光接收器，所述光發射器和光接收器分別位於所述凹槽的兩側，所述信號處理電路板的一端與所述基座固定連接，所述信號處理電路板的另一端與所述光電模塊固定連接，所述信號處理電路板上連接有從外殼內部穿到外殼外部的五芯電纜，且所述外殼上開有供五芯電纜穿過的過線孔，所述五芯電纜與所述過線孔之間設置有護線圈，所述五芯電纜中的五根芯分別為電源正極接線、電源負極接線、光電編碼器的A相輸出線、光電編碼器的B相輸出線和光電編碼器的Z相輸出線。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述信號處理電路板上集成的信號處理電路由電源管理晶片IC1，電感LI，極性電容Cl和C3，無極性電容 C2、C4、C5 和 C6,電阻 RU R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R14、R15 和 R17，三極體 QU Q2、Q3和Q4，以及穩壓二極體Dl、D2、D3、D4和D5構成；所述光電模塊為光電轉換晶片IC2 ;所述電源管理晶片ICl的電源輸入引腳VIN和使能引腳EN以及極性電容Cl的正極、無極性電容C2的一端、穩壓二極體Dl的負極和電阻R8的一端均通過五芯電纜中的電源正極接線與外部電源的正極VCC相接，所述電源管理晶片ICl的電壓轉換引腳SW與穩壓二極體D2的負極和電感LI的一端相接，所述電感LI的另一端與無極性電容C6的一端、極性電容C3的正極、電阻Rl的一端、電阻R14的一端、電阻R15的一端、電阻R17的一端和光電轉換晶片IC2的正電壓引腳V相接，所述電源管理晶片ICl的逆變輸出電壓反饋引腳FB與無極性電容C4的一端相接，所述電源管理晶片ICl的逆變輸出引腳INV與電阻Rl的一端和電阻R2的一端相接，所述無極性電容C4的另一端通過電阻R3與電阻Rl的另一端相接，所述電源管理晶片ICl的整流引腳RT與電阻R4的一端和無極性電容C5的一端相接，所述電阻R14的另一端與電阻R5的一端和光電轉換晶片IC2的第三信號輸出引腳I相接，所述電阻R5的另一端與三極體Ql的基極相接，所述三極體Ql的集電極與電阻R8的另一端和三極體Q2的基極相接，所述三極體Q2的集電極為光電編碼器的Z相輸出端且與五芯電纜中的光電編碼器的Z相輸出線和穩壓二極體D5的負極相接，所述電阻R15的另一端與電阻R6的一端和光電轉換晶片IC2的第一信號輸出引腳A相接,所述電阻R6的另一端與三極體Q3的基極相接，所述三極體Q3的集電極為光電編碼器的A相輸出端且與五芯電纜中的光電編碼器的A相輸出線和穩壓二極體D3的負極相接，所述電阻R17的另一端與電阻R7的一端和光電轉換晶片IC2的第二信號輸出引腳B相接，所述電阻R7的另一端與三極體Q4的基極相接，所述三極體Q4的集電極為光電編碼器的B相輸出端且與五芯電纜中的光電編碼器的B相輸出線和穩壓二極體D4的負極相接；所述極性電容Cl的負極、無極性電容C2的另一端、穩壓二極體Dl的正極、穩壓二極體D2的正極、無極性電容C6的另一端、極性電容C3的負極、電源管理晶片ICl的接地引腳GND、電阻R2的另一端、電阻R4的另一端、無極性電容C5的另一端、三極體Ql的發射極、三極體Q2的發射極、穩壓二極體D5的正極、三極體Q3的發射極、穩壓二極體D3的正極、三極體Q4的發射極、穩壓二極體D4的正極、光電編碼器的負電壓引腳G和無極性電容C7的一端均通過五芯電纜中的電源負極接線與外部電源的負極OV相接，所述無極性電容C7的另一端接地NC。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述基座通過第一沉頭螺絲固定連接在所述外殼敞口端。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述基座與所述外殼之間設置有密封圈。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於位於所述外殼外部的一段轉軸上徑向設置有卡槽，所述卡槽中設置有用於防止所述轉軸軸向晃動的卡簧。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述碼盤底座與所述軸承之間設置有墊片。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述光電模塊通過第二沉頭螺絲固定連接在所述基座上。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述轉軸為鋼軸。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述碼盤為菲林碼盤。上述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述護線圈為橡膠護線圈。本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、本實用新型結構緊湊，設計新穎合理，加工製作方便。2、本實用新型通過信號處理電路的改進，降低了自身功率消耗，降低了自身發熱，同時保證了信號輸出功率；外殼由鋁合金材料製成，增強了本實用新型的散熱能力，改善了本實用新型的質量，從而使得本實用新型在24V環境下連續工作，外殼基本不會發燙，延長了工作壽命，連續工作一年故障率小於1%，連續工作兩年故障率小於2%。3、本實用新型的工作可靠性高，無需經常維護維修和更換，降低了維護維修成本和產品更換成本。4、本實用新型的實用性強，使用效果好，便於推廣使用。綜上所述，本實用新型結構緊湊，設計新穎合理，加工製作方便，發熱小，散熱性能好，質量好，工作可靠性高，工作壽命長，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。

圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型信號處理電路的電路原理圖。圖3為本實用新型碼盤的結構示意圖。附圖標記說明1-轉軸；2-卡簧；3-軸承；4一基座；5—密封圈；6—墊片；7—碼盤;8—碼盤底座；9—五芯電纜；
10—護線圈； 11 一外殼；12—/[目號處理電路板；13—光電模塊； 13-1—凹槽；14 一第二沉頭螺絲；15—第一沉頭螺絲。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括一端敞口的外殼11和固定連接在所述外殼11敞口端的基座4，以及設置在由所述外殼11和基座4構成的空腔內的信號處理電路板12，所述基座4上安裝有軸承3，所述軸承3上安裝有一端位於所述外殼11外部且另一端位於所述外殼11內部的轉軸1，位於所述外殼11內部的一段轉軸I上固定連接有碼盤底座8，所述碼盤底座8上固定連接有碼盤7，位於所述碼盤底座8下方的基座4上固定連接有光電模塊13,所述光電模塊13上設置有供碼盤7插入的凹槽13-1,所述光電模塊13內集成有光發射器和光接收器，所述光發射器和光接收器分別位於所述凹槽13-1的兩側，所述信號處理電路板12的一端與所述基座4固定連接，所述信號處理電路板12的另一端與所述光電模塊13固定連接，所述信號處理電路板12上連接有從外殼11內部穿到外殼11外部的五芯電纜9，且所述外殼11上開有供五芯電纜9穿過的過線孔，所述五芯電纜9與所述過線孔之間設置有護線圈10，所述五芯電纜9中的五根芯分別為電源正極接線、電源負極接線、光電編碼器的A相輸出線、光電編碼器的B相輸出線和光電編碼器的Z相輸出線。結合圖2，本實施例中，所述信號處理電路板12上集成的信號處理電路由電源管理晶片ICl，電感LI，極性電容Cl和C3，無極性電容C2、C4、C5和C6，電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R14、R15 和 R17，三極體 Ql、Q2、Q3 和 Q4,以及穩壓二極體 Dl、D2、D3、D4 和D5構成；所述光電模塊13為光電轉換晶片IC2 ;所述電源管理晶片ICl的電源輸入引腳VIN和使能引腳EN以及極性電容Cl的正極、無極性電容C2的一端、穩壓二極體Dl的負極和電阻R8的一端均通過五芯電纜9中的電源正極接線與外部電源的正極VCC相接，所述電源管理晶片ICl的電壓轉換引腳SW與穩壓二極體D2的負極和電感LI的一端相接，所述電感LI的另一端與無極性電容C6的一端、極性電容C3的正極、電阻Rl的一端、電阻R14的一端、電阻R15的一端、電阻R17的一端和光電轉換晶片IC2的正電壓引腳V相接，所述電源管理晶片ICl的逆變輸出電壓反饋引腳FB與無極性電容C4的一端相接，所述電源管理晶片ICl的逆變輸出引腳INV與電阻Rl的一端和電阻R2的一端相接，所述無極性電容C4的另一端通過電阻R3與電阻Rl的另一端相接，所述電源管理晶片ICl的整流引腳RT與電阻R4的一端和無極性電容C5的一端相接,所述電阻R14的另一端與電阻R5的一端和光電轉換晶片IC2的第三信號輸出引腳I相接，所述電阻R5的另一端與三極體Ql的基極相接，所述三極體Ql的集電極與電阻R8的另一端和三極體Q2的基極相接，所述三極體Q2的集電極為光電編碼器的Z相輸出端且與五芯電纜9中的光電編碼器的Z相輸出線和穩壓二極體D5的負極相接，所述電阻R15的另一端與電阻R6的一端和光電轉換晶片IC2的第一信號輸出引腳A相接，所述電阻R6的另一端與三極體Q3的基極相接，所述三極體Q3的集電極為光電編碼器的A相輸出端且與五芯電纜9中的光電編碼器的A相輸出線和穩壓二極體D3的負極相接，所述電阻R17的另一端與電阻R7的一端和光電轉換晶片IC2的第二信號輸出引腳B相接，所述電阻R7的另一端與三極體Q4的基極相接，所述三極體Q4的集電極為光電編碼器的B相輸出端且與五芯電纜9中的光電編碼器的B相輸出線和穩壓二極體D4的負極相接；所述極性電容Cl的負極、無極性電容C2的另一端、穩壓二極體Dl的正極、穩壓二極體D2的正極、無極性電容C6的另一端、極性電容C3的負極、電源管理晶片ICl的接地引腳GND、電阻R2的另一端、電阻R4的另一端、無極性電容C5的另一端、三極體Ql的發射極、三極體Q2的發射極、穩壓二極體D5的正極、三極體Q3的發射極、穩壓二極體D3的正極、三極體Q4的發射極、穩壓二極體D4的正極、光電編碼器的負電壓引腳G和無極性電容C7的一端均通過五芯電纜9中的電源負極接線與外部電源的負極OV相接，所述無極性電容C7的另一端接地NC，具體是接到所述外殼11的內壁上。信號處理電路中，極性電容Cl、無極性電容C2和穩壓二極體Dl構成的電路用於整流和防反接；電源管理晶片ICl，電感LI，極性電容C3，無極性電容C4、C5和C6，電阻Rl、R2、R3和R4以及穩壓二極體D2構成的電路用於進行DC-DC電壓轉換，並為光電轉換晶片IC2供電；光電轉換晶片IC2以及電阻R14、R15和R17構成的電路用於進行光信號到電信號的轉換；電阻R5和R8、三極體Ql和Q2以及穩壓二極體D5對光電轉換晶片IC2的第三信號輸出引腳I輸出的信號進行反相和整流放大處理後就得到了光電編碼器的Z相輸出信號；電阻R6、三極體Q 3和穩壓二極體D3對光電轉換晶片IC2的第一信號輸出引腳A輸出的信號進行反相和整流放大處理後就得到了光電編碼器的A相輸出信號；電阻R7、三極體Q4和穩壓二極體D4對光電轉換晶片IC2的第二信號輸出引腳B輸出的信號進行反相和整流放大處理後就得到了光電編碼器的B相輸出信號。結合圖1，本實施例中，所述基座4通過第一沉頭螺絲15固定連接在所述外殼11敞口端。所述基座4與所述外殼11之間設置有密封圈5。位於所述外殼11外部的一段轉軸I上徑向設置有卡槽，所述卡槽中設置有用於防止所述轉軸I軸向晃動的卡簧2。所述碼盤底座8與所述軸承3之間設置有墊片6。所述光電模塊13通過第二沉頭螺絲14固定連接在所述基座4上。具體實施時，所述轉軸I為鋼軸。所述碼盤7為菲林碼盤，所述菲林碼盤的結構示意圖如圖3所示。所述護線圈10為橡膠護線圈。所述外殼11由鋁合金材料製成。本實用新型的工作原理及工作過程是由外部電機帶動轉軸I旋轉時，轉軸I就通過碼盤底座8帶動碼盤7旋轉，碼盤7旋轉過程中，光電模塊13實時檢測碼盤7旋轉信號並產生脈衝信號，產生的脈衝信號經信號處理電路進行整流放大處理後通過光電編碼器的A相輸出線、光電編碼器的B相輸出線和光電編碼器的Z相輸出線輸出，A、B兩相脈衝相差90度相位角，由此可測出光電編碼器轉動方向與電機轉速。A相輸出線用來測量脈衝個數，B相輸出線與A相輸出線配合可測量出轉動方向，Z相輸出線為零脈衝線,光電編碼器每轉一圈產生一個脈衝，用來測量脈衝個數；如果A相脈衝比B相脈衝超前則光電編碼器為正轉，否則為反轉。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求1.一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器,其特徵在於包括一端敞口的外殼(11)和固定連接在所述外殼(11)敞口端的基座(4)，以及設置在由所述外殼(11)和基座(4)構成的空腔內的信號處理電路板(12)，所述基座(4)上安裝有軸承(3)，所述軸承(3)上安裝有一端位於所述外殼(11)外部且另一端位於所述外殼(11)內部的轉軸(I )，位於所述外殼(11)內部的一段轉軸(I)上固定連接有碼盤底座(8 )，所述碼盤底座(8 )上固定連接有碼盤(7)，位於所述碼盤底座(8)下方的基座(4)上固定連接有光電模塊(13)，所述光電模塊(13)上設置有供碼盤(7)插入的凹槽(13-1)，所述光電模塊(13)內集成有光發射器和光接收器，所述光發射器和光接收器分別位於所述凹槽(13-1)的兩側，所述信號處理電路板(12)的一端與所述基座(4)固定連接，所述信號處理電路板(12)的另一端與所述光電模塊(13)固定連接，所述信號處理電路板(12)上連接有從外殼(11)內部穿到外殼(11)外部的五芯電纜(9)，且所述外殼(11)上開有供五芯電纜(9)穿過的過線孔，所述五芯電纜(9)與所述過線孔之間設置有護線圈(10)，所述五芯電纜(9)中的五根芯分別為電源正極接線、電源負極接線、光電編碼器的A相輸出線、光電編碼器的B相輸出線和光電編碼器的Z相輸出線。
2.按照權利要求1所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述信號處理電路板(12)上集成的信號處理電路由電源管理晶片IC1，電感LI，極性電容Cl 和 C3，無極性電容 C2、C4、C5 和 C6,電阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R14、R15 和 R17,三極體Q1、Q2、Q3和Q4，以及穩壓二極體D1、D2、D3、D4和D5構成；所述光電模塊(13)為光電轉換晶片IC2 ;所述電源管理晶片ICl的電源輸入引腳VIN和使能引腳EN以及極性電容Cl的正極、無極性電容C2的一端、穩壓二極體Dl的負極和電阻R8的一端均通過五芯電纜(9)中的電源正極接線與外部電源的正極VCC相接，所述電源管理晶片ICl的電壓轉換引腳SW與穩壓二極體D2的負極和電感LI的一端相接，所述電感LI的另一端與無極性電容C6的一端、極性電容C3的正極、電阻Rl的一端、電阻R14的一端、電阻R15的一端、電阻R17的一端和光電轉換晶片IC2的正電壓引腳V相接，所述電源管理晶片ICl的逆變輸出電壓反饋引腳FB與無極性電容C4的一端相接，所述電源管理晶片ICl的逆變輸出引腳INV與電阻Rl的一端和電阻R2的一端相接，所述無極性電容C4的另一端通過電阻R3與電阻Rl的另一端相接，所述電源管理晶片ICl的整流引腳RT與電阻R4的一端和無極性電容C5的一端相接，所述電阻R14的另一端與電阻R5的一端和光電轉換晶片IC2的第三信號輸出引腳I相接，所述電阻R5的另一端與三極體Ql的基極相接，所述三極體Ql的集電極與電阻R8的另一端和三極體Q2的基極相接，所述三極體Q2的集電極為光電編碼器的Z相輸出端且與五芯電纜(9)中的光電編碼器的Z相輸出線和穩壓二極體D5的負極相接，所述電阻R15的另一端與電阻R6的一端和光電轉換晶片IC2的第一信號輸出引腳A相接,所述電阻R6的另一端與三極體Q3的基極相接，所述三極體Q3的集電極為光電編碼器的A相輸出端且與五芯電纜(9)中的光電編碼器的A相輸出線和穩壓二極體D3的負極相接，所述電阻R17的另一端與電阻R7的一端和光電轉換晶片IC2的第二信號輸出引腳B相接,所述電阻R7的另一端與三極體Q4的基極相接，所述三極體Q4的集電極為光電編碼器的B相輸出端且與五芯電纜(9)中的光電編碼器的B相輸出線和穩壓二極體D4的負極相接；所述極性電容Cl的負極、無極性電容C2的另一端、穩壓二極體Dl的正極、穩壓二極體D2的正極、無極性電容C6的另一端、極性電容C3的負極、電源管理晶片ICl的接地引腳GND、電阻R2的另一端、電阻R4的另一端、無極性電容C5的另一端、三極體Ql的發射極、三極體Q2的發射極、穩壓二極體D5的正極、三極體Q3的發射極、穩壓二極體D3的正極、三極體Q4的發射極、穩壓二極體D4的正極、光電編碼器的負電壓引腳G和無極性電容C7的一端均通過五芯電纜(9)中的電源負極接線與外部電源的負極OV相接，所述無極性電容C7的另一端接地NC。
3.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述基座(4)通過第一沉頭螺絲(15)固定連接在所述外殼(11)敞口端。
4.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述基座(4)與所述外殼(11)之間設置有密封圈(5)。
5.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於位於所述外殼(11)外部的一段轉軸(I)上徑向設置有卡槽，所述卡槽中設置有用於防止所述轉軸(I)軸向晃動的卡簧(2 )。
6.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述碼盤底座(8)與所述軸承(3)之間設置有墊片(6)。
7.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述光電模塊(13)通過第二沉頭螺絲(14)固定連接在所述基座(4)上。
8.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述轉軸(I)為鋼軸。
9.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述碼盤(7)為菲林碼盤。
10.按照權利要求1或2所述的一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，其特徵在於所述護線圈(10)為橡膠護線圈。
專利摘要本實用新型公開了一種NPN型集電極開路三相輸出式光電編碼器，包括外殼和連接在外殼上的基座，以及設置在外殼內的信號處理電路板，基座上安裝有軸承，軸承上安裝有轉軸，位於外殼內部的一段轉軸上連接有碼盤底座，碼盤底座上連接有碼盤，位於碼盤底座下方的基座上連接有光電模塊，光電模塊上設有供碼盤插入的凹槽，光電模塊內集成有光發射器和光接收器，光發射器和光接收器分別位於凹槽的兩側，信號處理電路板上連接有五芯電纜，五芯電纜中的五根芯分別為電源正極接線、電源負極接線、光電編碼器的A相輸出線、B相輸出線和Z相輸出線。本實用新型結構緊湊，製作方便，發熱小，散熱性能好，工作可靠性高，工作壽命長，實用性強，便於推廣使用。
文檔編號G01D5/26GK202903208SQ201220558278
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月27日 優先權日2012年10月27日
發明者何鋼, 劉濤, 王繼紅, 趙博佳 申請人:陝西宏星電器有限責任公司